格勒诺布尔科学家开发了3D打印可控磁性微结构的新方法

格勒诺布尔大学的研究人员已经开发出了一种具有可变形磁场的3D打印微观结构的新方法。 

该小组的新技术涉及将磁性微珠添加到标准的双光子聚合（2PP）3D打印对象中。通过精确地调整这些微型材料的特性以及微珠的方向，科学家们能够制造出仅需外部磁场即可操作的复杂纳米镊子。 

利用他们的新工艺，研究人员认为，也有可能开发出增强的微致动器，甚至是用于药物输送应用的磁极水凝胶。 

格勒诺布尔的团队通过从“星球大战”系列中生产纳米级的“千年猎鹰”，测试了他们新颖的2PP技术。通过Microlight3D拍摄的图像。

在微细加工方面取得进展 

纳米3D打印技术在材料兼容性和形状灵活性方面具有出色的多功能性，这使其可以在各种医疗和微流体应用中使用。在最近的研究中，科学家们现在开始通过评估通过外部刺激修改3D打印结构的可能性，开始采用一种新的纳米加工方法。 

电磁驱动在这一领域提供了一种有希望的研究途径，因为它可以在受限的环境中准确，即时且有时间限制地进行远程刺激。尽管如此，到目前为止，将磁性材料整合到3D打印物体中已证明是困难的，并阻碍了坚固，灵巧的微致动器的发展。

为了创建能够完成复杂运动的对象，需要将高性能磁体集成到其中，但是2PP工艺依赖于对激光保持透明的光刻胶。因此，先前的各种研究人员都试图稀释磁性纳米颗粒，将其沉积到薄膜中，或将其填充到印刷模具中。 

不幸的是，在许多这样的方法中，可以合并到对象中的磁性材料的数量是有限的，这降低了它可以达到的力的大小。而且，改变材料的特性还会影响其透明度，这使其与2PP 3D打印和磁性掺杂聚合物不兼容。

在其2PP技术的更实际应用中，该团队开发了可磁控制的纳米级镊子。图片来自《先进材料技术》杂志。

格勒诺布尔团队的微珠过程 

为了克服这些限制，格勒诺布尔的科学家将离散的磁性微珠添加到了柔软的未修饰微打印结构中。通过在粘结之前精确调整每个磁珠的磁化强度，该团队发现它们能够实现远程驱动的各个阶段，例如位移，旋转和受控变形。 

该团队使用直接激光键合（DLB）方法创建了微结构，在该方法中，他们将多晶微珠随机分布到可紫外线固化的聚合物基材中。在此过程中，3D打印机的激光从物体到珠子，沿途固化光刻胶。发现该技术产生特别牢固的结合，这在物体的中点最有效。 

在评估他们的微珠方法时，科学家们选择创建一个以星球大战为主题的结构。该物体的磁力为0.5 T，研究小组观察到，通过添加各向同性或高矫顽力的磁珠，可以改变其磁化方向。

在 10 mT的旋转磁场下，该团队在玻璃板上测试了其结构，并且由于下面的滑片引起的摩擦，他们得以沿任何所需的方向滚动珠子。基于这些结果，研究人员推测，如果将珠子精确地放置在3D打印的结构内，它们可以与外部磁场对齐并受其控制。

而且，尽管科学家们是用Ormocomp发色团来构造磁性物体的，但他们发现它同样可以由多种磁性聚合物制成。结果，存在产生更强的扭矩和磁场的潜力，这可能产生新一代更轻，更便宜的微致动器，用于软机器人应用。 

2PP和3D打印的微型机器人 

近年来，许多研究人员利用2PP 3D打印技术来制造微型机器人，其目的通常是开发增强的药物输送系统。 

普渡大学的研究人员已经采用2PP来开发可追踪的3D打印微型机器人。该团队新颖的构图方法可用于制造用于生物医学应用（例如非侵入性诊断或药物输送）的纳米级机器人技术。 

同时，佐治亚理工学院的一个团队开发了3D打印的“微型鬃毛机器人”，可以通过微小的振动进行控制。这些设备能够运输材料并检测环境变化，这可能使它们在机械到用户电子设备等领域都有应用。 

在纳米印刷的商业化方面，Nanofabrica于2019年8月启动了其首个车间和工业系统。这两台2PP机器均设计用于生产微米级和亚微米级分辨率的零件，通常用于生产医疗，航空航天或半导体器件。